Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Мы описываем два дополнительных протокола для точного определения длительности S-фазы в S. cerevisiae с использованием EdU, аналога тимидина, который включен in vivo и обнаружен с помощью химии Click с помощью микроскопии и проточной цитометрии. Это позволяет легко характеризовать продолжительность репликации ДНК и упущенные дефекты репликации у мутантов.
Репликация эукариотической ДНК является строго регулируемым процессом, который гарантирует, что генетический чертеж клетки правильно дублируется до сегрегации хромосом. Поскольку дефекты синтеза ДНК лежат в основе хромосомных перестроек, мониторинг репликации ДНК стал необходимым для понимания основы нестабильности генома. Saccharomyces cerevisiae является классической моделью для изучения регуляции клеточного цикла, но ключевые параметры репликации ДНК, такие как доля клеток в S-фазе или длительность S-фазы, все еще трудно определить. Этот протокол использует короткие и нетоксичные импульсы 5-этинил-2'-дезоксиуридина (EdU), аналога тимидина, в инженерных дрожжевых клетках TK-hENT1 с последующим его обнаружением реакцией Клика, чтобы обеспечить визуализацию и количественную оценку репликации ДНК с высоким пространственным и временным разрешением как на одноклеточном, так и на популяционном уровнях с помощью микроскопии и проточной цитометрии. Этот метод может идентифицировать ранее упущенные дефекты в S-фазе и прогрессии клеточного цикла дрожжевых мутантов, тем самым позволяя характеризовать новых игроков, необходимых для обеспечения стабильности генома.
Стабильность генома посредством митотического деления обеспечивается передачей полного и равного набора хромосом двум продуцируемым клеточным потомкам. Это зависит от точного завершения серии событий, происходящих в данное время в каждой фазе клеточного цикла. В G1 источники репликации лицензируются после набора нескольких лицензионных факторов, включая Cdc61. В S-фазе дупликация всего генома инициируется из нескольких активных источников репликации и выполняется механизмами репликации, которые собираются в микроскопически видимые очаги, называемые фабриками репликации2. В М-фазе дублированные сестринские хроматиды прикрепляются и биоориентируются на митотическом веретене, чтобы обеспечить их сегрегацию к противоположным полюсам митотической клетки3. Регуляция, правильное завершение и продолжительность каждой фазы являются ключом к обеспечению стабильности генома. Действительно, преждевременный выход из любой из этих фаз приводит к нестабильности генома. Например, более короткийG1, индуцированный делецией бутонирующего ингибитора CDK ДРОЖЖЕЙ Sic1 или сверхэкспрессией циклиновG1, изменит последующую S-фазу 4,5,6. Следовательно, эти дерегуляции, связанные или не связанные со стрессом репликации, приводят к разрывам хромосом, перестройкам и неправильной сегрегации 4,5,6. Поэтому мониторинг продолжительности S-фазы и, в более широком смысле, продолжительности других фаз клеточного цикла может иметь решающее значение для выявления дефектов, возникающих у разных мутантов и в разных стрессовых условиях.
Традиционный метод измерения длительности фазы клеточного цикла включает простую цитометрию потока содержания ДНК (рисунок 1A) и опирается на алгоритм подгонки (доступный в большинстве программ для цитометрии), используемый для разделения популяции на фазовые фракции G1, S и G2 + M от пиков 1C и 2C. Затем дроби умножаются на время удвоения популяции7. Однако этот метод дает только оценочные значения, требует однородного распределения размеров клеток в пределах заданной фракции и не применим к синхронизированным культурам. Для изучения длительности S-фазы в клетках млекопитающих было разработано и широко использовано несколько аналогов тимидина, включая EdU. Их поглощение из внеклеточной среды и фосфорилирование тимидинкиназой (далее именуемой ТЗ) делают их доступными для ДНК-полимераз для включения их в места синтеза ДНК (репликация, рекомбинация, репарация). Чтобы обойти отсутствие гена TK в клетках Saccharomyces cerevisiae , штаммы дрожжей были спроектированы таким образом, чтобы обеспечить стабильную и конститутивную экспрессию вируса простого герпеса TK8 и уравновешивающего транспортера нуклеозидов человека (hENT1)9. После включения в ДНК EdU обнаруживается с помощью селективной реакции Click, которая химически связывает его алкиновый фрагмент с азид-модифицированными фторхромами10.
В этой статье представлены два оптимизированных комплексных протокола для импульсной маркировки асинхронных и синхронных клеток, спроектированных TK-hENT1 с EdU, чтобы точно визуализировать и измерить продолжительность и динамику репликации ДНК, а также продолжительность других фаз клеточного цикла с высоким пространственным и временным разрешением как на одноклеточном, так и на популяционном уровнях с помощью микроскопии и проточной цитометрии.
1. Клеточная культура S. cerevisiae
ПРИМЕЧАНИЕ: Используемые штаммы дрожжей перечислены в таблице 1
ПРИМЕЧАНИЕ: Длительность S-фазы можно контролировать различными способами. В зависимости от вопроса, который необходимо решить, клетки могут быть выращены асинхронно или синхронно после остановкиG1 .
2. Маркировка EdU
3. Фиксация и пермеабилизация клеток
4. Реакция клик-ит
Для определения длительности S-фазы и, в более широком смысле, длительностиG1 иG2 +M (этап протокола 1.1) клетки S. cerevisiae W303 дикого типа (WT, таблица 1) выращивали асинхронно в среде SC в течение 7 ч. Каждый час концентрацию клеток контролировали для определения времени уд...
Дрожжи являются основным модельным организмом для исследований клеточного цикла, но характеристика их S-фазы уже давно затруднена их неспособностью включать экзогенные нуклеозиды, такие как BrdU, которые используются в качестве индикаторов репликации ДНК. Оснащение дрожжей высокой экс...
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Авторы хотели бы выразить признательность Национальному агентству исследований (ANR) и Ассоциации по исследованиям в области рака (ARC) за стипендии phD для J.d.D.B.T. и Agence Nationale pour la Recherche (ANR) за финансовую поддержку (грант ANR-18-CE12-0018-01). Цитометрия и микроскопия были выполнены в центре визуализации МРТ BioCampus в Монпелье.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
α-factor | Genescript | RP01002 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Euromedex | 04-100--812-E | |
Copper sulfate | Sigma | C1297 | |
DAPI | Sigma | D9542 | |
Di-sulfo-Cyanine5 azide (Cy5 azide) | Interchim | FP-JV6320 | Alternative to Alexa647-Azide |
Dy-530 azide | Dyomics | 530-10 | |
EdU (5-ethynyl-2’-deoxyuridine) | Carbosynth | NE08701 | |
Ethanol absolute | Carlo Erba reagents | P013A10D16 | or equivalent |
L- ascorbic acid | Sigma | A4544 | |
Propidium iodide | Sigma | P4864 | |
Proteinase K | Euromedex | EU0090 | |
Rnase | SIGMA | R5000 | |
Sytox Green | Invitrogen | S-7020 | |
Equipment | |||
Cell counter | OLS | CASY | |
Flow cytometer | Agilent | NovoSampler Pro | |
Shaking incubator | Infors | 444-4230 | or equivalent |
Shaking water bath | Julabo | SW22 | or equivalent |
Sonicator | Sonics | Vibra cell | |
Wide-field microscopy | Leica | THUNDER Imager | or equivalent |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены